礦化垃圾粒徑分布與其浸出液可生化性的關(guān)系研究

梁雯，劉小芳，李廣科

（山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，山西 太原 030006）

礦化垃圾粒徑分布與其浸出液可生化性的關(guān)系研究

梁雯，劉小芳，李廣科*

（山西大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院，山西 太原 030006）

利用瓦氏呼吸儀測(cè)定了礦化垃圾浸出液的微生物耗氧量，探討了礦化垃圾粒徑分布與其浸出液可生化性的相關(guān)性，結(jié)果表明：不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液的可生化性存在顯著差異，其可生化性的難易程度與粒徑分布呈正相關(guān)，即大粒徑范圍礦化垃圾浸出液可生化性較好.通過(guò)對(duì)同一粒徑范圍的礦化垃圾浸出液在不同稀釋倍數(shù)、不同p H條件下的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)隨著浸出液稀釋倍數(shù)的降低其可生化性得到提高，且在中性條件（p H＝7.0）下可生化性最好，酸性條件（p H＝6.2）下次之，堿性條件（p H＝9.0）下最差.

礦化垃圾；粒徑分布；浸出液；可生化性

垃圾填埋場(chǎng)封場(chǎng)數(shù)年之后，垃圾中的易降解物質(zhì)完全或接近于完全降解，垃圾自然產(chǎn)生滲濾液和氣體很少或不產(chǎn)生，且填埋場(chǎng)表面沉降量非常小，即垃圾填埋場(chǎng)達(dá)到穩(wěn)定化、無(wú)害化狀態(tài)，此時(shí)的垃圾稱(chēng)為礦化垃圾［1-2］.有文獻(xiàn)報(bào)道，礦化垃圾的理化性質(zhì)及其生物毒性與其粒徑分布之間存在明顯的相關(guān)性［3］.由此推斷，礦化垃圾浸出液的可生化性與其粒徑分布之間也可能存在一定的聯(lián)系.礦化垃圾浸出液是一種含有高濃度可溶性鹽及重金屬等有毒物質(zhì)的有機(jī)廢水，對(duì)植物具有一定的毒性作用［3-5］，故有必要對(duì)其進(jìn)行處理，以減少其對(duì)環(huán)境的潛在危害.本文擬利用瓦氏呼吸儀測(cè)定微生物耗氧量的方法，研究礦化垃圾粒徑分布與其浸出液可生化性的相關(guān)性，旨在對(duì)封場(chǎng)后的填埋場(chǎng)滲濾液的處理處置提供一定的理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 礦化垃圾浸出液的制備

礦化垃圾采自山西省太原市東山新溝垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)，該填埋場(chǎng)1987年投入使用，2007年封場(chǎng).按照隨機(jī)采樣法采集樣品［6］，剔除石塊、碎玻璃、塑料、橡膠、金屬等大塊雜物后，過(guò)孔徑為900μm的分級(jí)篩，篩下物繼續(xù)篩分為900～300μm、300～150μm、150～105μm、105～90μm粒徑范圍的礦化垃圾，風(fēng)干備用.

將上述不同粒徑范圍的礦化垃圾與蒸餾水以1∶1.5（m／V）混合后，在25℃下，以250次／min的頻率恒溫振蕩2 h，靜置24 h后過(guò)濾，所得濾液即為礦化垃圾浸出液，于4℃保存?zhèn)溆?

1.1.2 活性污泥的制備

采集花園土壤，用蒸餾水洗滌多次，取上清液，加入采自污水處理廠的活性污泥，定時(shí)定量加入營(yíng)養(yǎng)配比為C∶N∶P＝100∶5∶1的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及少許礦化垃圾浸出液進(jìn)行間歇式曝氣培養(yǎng)［7］.

污泥使用前進(jìn)行24 h曝氣，使其處于內(nèi)源呼吸階段.

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 礦化垃圾浸出液理化性質(zhì)的測(cè)定

分別測(cè)定不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液的CODCr［8］、p H 值（用Seven Easy-S20K 型p H 計(jì)）.

1.2.2 不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液可生化性的測(cè)定

取清潔干燥的反應(yīng)瓶和測(cè)壓管9套，測(cè)壓管裝柱備用、各反應(yīng)瓶中央小杯中鋪放濾紙，分別加入KOH溶液0.2 m L；1、2號(hào)反應(yīng)瓶中各加3 m L蒸餾水，作為空白對(duì)照；3、4號(hào)反應(yīng)瓶中各加蒸餾水2 m L和污泥懸濁液1 m L；5-9號(hào)反應(yīng)瓶中各加不同粒徑礦化垃圾浸出液2 m L和污泥懸濁液1 m L.連接各部分置于瓦氏呼吸儀上，振搖5 min，使反應(yīng)瓶中溫度與水溫一致.調(diào)節(jié)測(cè)壓管液面高度，然后開(kāi)始計(jì)時(shí)，在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始后的0 h、0.25 h、0.5 h、1 h、2 h、3 h、4 h、5 h、6 h、7 h進(jìn)行讀數(shù)，記錄液面差，用下列公式進(jìn)行計(jì)算［9］：X＝K·Δh

（1）式中：X 為耗氧量（μL）；K 為反應(yīng)瓶常數(shù)，（μL／mm）；Δh為測(cè)壓管液柱讀數(shù)差（mm）.

1.2.3 不同稀釋倍數(shù)礦化垃圾浸出液可生化性的測(cè)定

取25 m L 150～105μm礦化垃圾浸出液置于容量瓶中，依次稀釋為原液的100%、50%、25%、12.5%，用這四個(gè)水樣同1.2.2的步驟進(jìn)行可生化性測(cè)定.

1.2.4 不同p H條件下礦化垃圾浸出液可生化性的測(cè)定

取150～105μm礦化垃圾浸出液，分別調(diào)節(jié)p H值至6.2、7.0、9.0，用這三個(gè)水樣同1.2.2的步驟進(jìn)行可生化性測(cè)定.

2 結(jié)果與分析

2.1 礦化垃圾浸出液理化指標(biāo)

圖1 不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液的CODCr含量Fig.1 Content of CODCr of different particle-size aged refuse leachate

圖2 不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液的p H值Fig.2 p H value of different particle-size aged refuse leachate

由圖1可知，礦化垃圾浸出液的CODCr值與粒徑分布之間呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，即隨著礦化垃圾粒徑的減小，其浸出液CODCr值逐漸升高，在105～90μm處達(dá)到最大值.

從圖2可以看出不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液的p H值變化不大，均接近于中性，表明不同粒徑礦化垃圾中所含物質(zhì)的酸堿性相差較小.

2.2 礦化垃圾浸出液的可生化性

一般來(lái)說(shuō)，有機(jī)污染物的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線相比較，可出現(xiàn)三種情況［12］：（1）若生化呼吸線位于內(nèi)源呼吸線之上，則廢水中有機(jī)物可被微生物氧化分解.兩線之間距離越大，表示該廢水的生物降解性能越好；（2）若生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線基本重合，表明該廢水有機(jī)物不能被微生物氧化分解，但對(duì)微生物的生命活動(dòng)無(wú)抑制作用；（3）若生化呼吸線位于內(nèi)源呼吸線之下，說(shuō)明該廢水有機(jī)物對(duì)微生物產(chǎn)生了抑制作用，生化呼吸線越接近橫坐標(biāo)，表明毒性越大，抑制作用越大，此時(shí)微生物幾乎停止呼吸.

2.2.1 不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液可生化性研究

由圖3可知，300～150μm和105～90μm粒徑范圍的浸出液生化呼吸線低于內(nèi)源呼吸線，表明這兩個(gè)粒徑范圍的浸出液中所含物質(zhì)對(duì)微生物的呼吸有抑制作用，較難被生化降解.900～300μm和150～105μm粒徑范圍的浸出液，在前150 min內(nèi)，生化呼吸線低于內(nèi)源呼吸線，說(shuō)明浸出液中可能含有較多對(duì)微生物產(chǎn)生毒害作用的物質(zhì)，影響其新陳代謝，使其受到不同程度的抑制.隨著反應(yīng)時(shí)間的延長(zhǎng)，微生物不同程度地適應(yīng)了其所在浸出液的環(huán)境，生化呼吸線逐漸超過(guò)內(nèi)源呼吸線，說(shuō)明浸出液較易被生化降解，浸出液中所含物質(zhì)對(duì)微生物的呼吸產(chǎn)生促進(jìn)作用.隨著時(shí)間的進(jìn)一步延長(zhǎng)，浸出液中的有機(jī)物含量逐漸減少，生物降解速率也逐漸降低，最后進(jìn)入內(nèi)源呼吸階段，生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線幾乎平行.由圖中還可看出，礦化垃圾浸出液可生化性的難易程度與礦化垃圾的粒徑分布（除300～150μm）呈正相關(guān)，即大粒徑的浸出液更易被生化降解，這是由于小粒徑礦化垃圾比表面積較大，能吸附較多的污染物［10-11］，因而在同一條件下對(duì)微生物的毒害作用更強(qiáng)所致.

2.2.2 不同稀釋倍數(shù)礦化垃圾浸出液可生化性的研究

圖3 不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液的可生化性Fig.3 Biodegradability of different particle-size aged refuse leachate

圖4 不同稀釋倍數(shù)礦化垃圾浸出液的可生化性Fig.4 Biodegradability of different concentration gradient of the particle-size aged refuse leachate

結(jié)合圖1、圖3，選用可生化性較好、CODCr含量相對(duì)較高的150～105μm粒徑范圍的礦化垃圾浸出液進(jìn)一步研究，不同稀釋倍數(shù)浸出液的可生化性情況.由圖4可知，不同稀釋倍數(shù)礦化垃圾浸出液的可生化性表現(xiàn)出對(duì)反應(yīng)時(shí)間和稀釋倍數(shù)的雙重依賴(lài).12.5%浸出液的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線距離最遠(yuǎn)，說(shuō)明此稀釋倍數(shù)時(shí)浸出液的可生化性最好.隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，各稀釋倍數(shù)浸出液（除12.5%外）的可生化性在前125 min內(nèi)不斷增強(qiáng)，后逐漸趨于穩(wěn)定，這是由于經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的反應(yīng)，浸出液中可生化降解的有機(jī)物已基本被降解完全，可生化性也隨之趨于穩(wěn)定；相同時(shí)間內(nèi)，隨著浸出液稀釋倍數(shù)的降低，其可生化性逐漸增強(qiáng)，這是因?yàn)殡S著礦化垃圾浸出液稀釋倍數(shù)的降低，其所含的有毒物質(zhì)濃度也相應(yīng)下降，對(duì)微生物呼吸強(qiáng)度的抑制作用也隨之減輕，其可生化性表現(xiàn)出增強(qiáng)的趨勢(shì).

2.2.3 不同p H條件下礦化垃圾浸出液可生化性的研究

選用150～105μm粒徑范圍的礦化垃圾浸出液進(jìn)行了不同p H條件對(duì)其可生化性的影響研究.由圖5可知，同一水樣在p H＝7.0時(shí)可生化性最好，p H＝6.2時(shí)次之，p H＝9.0時(shí)最差.這是由于微生物的生理活動(dòng)與環(huán)境酸堿度有著密切的關(guān)系［13］，參與污水生物處理的微生物，一般在p H值為6.5～8.5之間時(shí)活性較強(qiáng).過(guò)高或過(guò)低的p H對(duì)微生物是不利的，其主要表現(xiàn)在：（1）p H值的改變，可引起微生物體表面的電荷發(fā)生改變，從而影響微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)物的吸收；（2）p H還可影響培養(yǎng)基中有機(jī)化合物的離子化作用，從而對(duì)微生物有間接影響；（3）酶只有在最適宜的p H值時(shí)才能發(fā)揮其最大活性，不適宜的p H值使酶的活性降低，從而影響微生物細(xì)胞內(nèi)的生物化學(xué)過(guò)程；（4）過(guò)高或過(guò)低的p H值都降低微生物對(duì)高溫的抵抗能力.

圖5 不同p H礦化垃圾浸出液的可生化性Fig.5 Biodegradability of different p H value of the particle-size aged refuse leachate

3 結(jié)論

（1）不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液的CODCr與粒徑分布呈負(fù)相關(guān)；（2）不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液的p H值差異較小，都趨于中性；（3）不同粒徑范圍礦化垃圾浸出液可生化性不同，其難易程度與粒徑分布呈正相關(guān)性；（4）通過(guò)對(duì)同一粒徑范圍的礦化垃圾浸出液在不同稀釋倍數(shù)、不同p H條件下的生化呼吸線與內(nèi)源呼吸線的對(duì)比，表明隨著浸出液稀釋倍數(shù)的降低其可生化性得到提高；且在中性條件（p H＝7.0）下可生化性最好，酸性條件（p H＝6.2）下次之，堿性條件（p H＝9.0）下最差.這對(duì)提高浸出液的可生化性具有重要的意義.

［1］ 李華，趙由才.填埋場(chǎng)穩(wěn)定化垃圾的開(kāi)采、利用及填埋場(chǎng)土地利用分析［J］.環(huán)境衛(wèi)生工程，2000，8（2）：56-57.

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［13］ 胡家駿，周群英.環(huán)境工程微生物學(xué)［M］.北京：高等教育出版社，1988.

Study on the Correlation between Distribution of Aged Refuse and Biodegradability of Leachate

LIANG Wen，LIU Xiao-fang，LI Guang-ke
（SchoolofEnvironmentalScienceandResources，ShanxiUniversity，Taiyuan030006，China）

The correlation between the distribution of aged refuse and biodegradability of the leachate was studied by determining biological oxygen demands using Warburg breathing equipment，which can indicate the biodegradability of the leachate.The results showed that：（1）the biodegradability of the leachate from different particle size aged refuse has a significant difference；the level of biodegradability is positively correlated with the size distribution，which namely the biodegradability from large-size is better.（2）the biodegradability improves with the concentration of leachate to decreasing.（3）the biodegradability was best in the neutral condition（p H＝7.0），take second place in acidic conditions（p H＝6.2），and is worst in alkaline condition（p H＝9.0）.

aged refuse；particle-size distribution；leachate；biodegradability

X705

A

0253-2395（2011）S2-0127-04

2011-08-20

山西省自然科學(xué)基金（2009011046）

梁雯（1986-），女，在讀碩士，主要從事固體廢棄物污染控制與資源化.*通訊作者：E-mail：lgkcarl＠yahoo.com.cn